专利名称：锂离子电池负极及其制备方法
技术领域：
本发明属电化学技术领域，进一步讲为锂电池，具体涉及用于全固态薄膜锂离子电池负极及其制备方法。
背景技术：
随着微机电系统(MEMS)的迅猛发展，为微执行器提供能源的微型电池需求巨大。其中，全固态薄膜锂离子电池由于安全性高、循环寿命长等优点而成为最理想的能源。常用薄膜电池负极薄膜，如金属锂在与微机电系统集成时因金属锂性质活泼而带来安全问题，而常用锂合金等负极薄膜，由于嵌脱锂时强体积变化导致材料结构破坏，从而引起电极变形，导致电化学循环稳定性下降。因此，寻找充放电循环可逆性较好，使用寿命长的负极材料是提高薄膜锂离子电池性能的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种与微机电系统兼容性好、无变形，具有良好的充放电循环可逆性，电池使用寿命长的锂离子电池负极及其制备方法。
本发明的解决方案是 一种锂离子电池负极，包括电极基片、基片表面的负极薄膜，其特点是基片表面的负极薄膜为氟化锰薄膜。经研究表明，氟化锰薄膜具有良好的电化学性能，化学稳定性好，作为高性能锂离子电池的负极薄膜，具有良好的充放电循环可逆性，与微机电系统集成、电极变形等方面性能优越。
本发明的解决方案中氟化锰薄膜晶体结构为四方结构。该结构的MnF2在充放电中循环稳定。
本发明的解决方案中氟化锰薄膜的厚度为O. 2-l齙性能最好。
本发明制备方法的解决方案是锂离子电池负极的制备方法，其特点是包括以下步骤
a. 将氟化锰粉末压片制成脉冲激光沉积所用的靶y m;
b. 将靶和基片放入真空沉积腔内，靶与基片距离25-50mm，工作气体为氩气气氛，沉积过程中保持气压为2 10Pa;c.激光器的激光束经透镜聚焦后入射到旋转的靶上，经激光束激发的氟化锰粒子溅射到基片上，在基片上沉积得到氟化锰薄膜。
本发明制备方法的解决方案中可采用激光束能量密度为20 40m J穋m—2，沉积时间为1-2. 5小时，氟化锰沉积薄膜的厚度达到O. 2-1 y m。
本发明制备方法的解决方案中可采用由掺钕钇铝榴石激光器产生的1064nm基频经三倍频后获得355nm脉冲激光，激光束经透镜聚焦后入射到靶上。
本发明的优点本发明锂离子电池负极其基片表面的负极薄膜为氟化锰薄膜，氟化锰薄膜具有良好的电化学性能，化学稳定性好，作为高性能锂离子电池的负极薄膜，具有良好的充放电循环可逆性，与微机电系统集成，无电极变形等问题，电池使用寿命长。制备方法采用激光脉冲沉积方法方便地制备了粒径在100 200nm左右的氟化锰薄膜，适合用作薄膜锂离子电池的负极材料，其制备方法简单，节约材料。
图1为本发明实施例氟化锰薄膜的XRD谱图2为本发明实施例氟化锰薄膜的充放电曲线。
具体实施例方式
实施例 一种锂离子电池负极，包括电极基片、基片表面的负极薄膜，其基片表面的负极薄膜为氟化锰(MnF2)薄膜，基片为不锈钢片，氟化锰薄膜的厚度为0.2-lum。其制备方法是
a. 将氟化锰粉末压片制成脉冲激光沉积所用的靶；
b. 将靶和基片放入真空沉积腔内，靶与基片距离25-50mm，工作气体为氩气气氛，沉积过程中保持气压为2 10Pa;
c. 由掺钕钇铝榴石激光器产生的1064nm基频经三倍频后获得355nm脉冲激光，激光束经透镜聚焦后入射到靶上，经激光束激发的氟化锰粒子溅射到基片上，在基片上沉积得到氟化锰薄膜，其中激光束能量密度为20 40m J. cm—2，沉积时间为2小时。
本实施例制备的氟化锰薄膜晶体结构为四方结构，其XRD谱图如图1，图中星号表示不锈钢基片的衍射峰，括号内的是衍射峰的晶面指标。由扫描电镜照片测定表明由脉冲激光反应性沉积制得的氟化锰薄膜表面光滑，粒径在100 200nm。
图2为实施例氟化锰薄膜的充放电曲线，由脉冲激光反应性沉积法在不锈钢片基片上制得的氟化锰薄膜电极具有充放电性能，放电反应的平台出现在0.5V (相对于1^+/ Li)，第二次放电过程与第一次放电过程相比，不可逆放电容量损失为20%，在电压范围O. 01 4. 0V和电流密度2 uA/cm2时，氟化锰薄膜电极前50次循环具有350 530 mAh. g—^勺可逆容量。
权利要求
1.一种锂离子电池负极，包括电极基片、基片表面的负极薄膜，其特征在于基片表面的负极薄膜为氟化锰薄膜。
2.根据权利要求l所述的锂离子电池负极，其特征在于氟化锰薄膜晶体结构为四方结构。
3.根据权利要求l所述的锂离子电池负极，其特征在于氟化锰薄膜的厚度为0.2-lym。
4.一种如权利要求l所述的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于包括以下步骤a. 将氟化锰粉末压片制成脉冲激光沉积所用的靶；b. 将靶和基片放入真空沉积腔内，靶与基片距离25-50mm，工作气体为氩气气氛，沉积过程中保持气压为2 10Pa;c. 激光器的激光束经透镜聚焦后入射到旋转的耙上，经激光束激发的物质溅射到基片上，在基片上沉积得到氟化锰薄膜。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于激光束能量密度为20 40m J. cm-2，沉积时间为1-2. 5小时，氟化锰沉积薄膜的厚度达到O. 2-1y m。
6.根据权利要求4所述的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于由掺钕钇铝榴石激光器产生的1064nm基频经三倍频后获得355nm脉冲激光，激光束经透镜聚焦后入射到靶上。
全文摘要
本发明属电化学技术领域，具体涉及用于全固态薄膜锂离子电池负极及其制备方法。包括电极基片、基片表面的负极薄膜，基片表面的负极薄膜为氟化锰薄膜；制备方法是a.将氟化锰粉末压片制成脉冲激光沉积所用的靶，b.将靶和基片放入真空沉积腔内，靶与基片距离25-50mm，工作气氛为氩气气氛，c.经激光束激发的物质溅射到基片上，在基片上沉积得到氟化锰薄膜。本发明采用激光脉冲沉积制备了氟化锰薄膜，适合用作薄膜锂离子电池的负极材料。氟化锰薄膜具有良好的电化学性能，化学稳定性好，作为高性能锂离子电池的负极薄膜，具有良好的充放电循环可逆性，便于与微机电系统集成，无电极变形等问题。其制备方法简单，节约材料。
文档编号H01M4/58GK101673818SQ20091030830
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者傅正文, 刘效疆, 孟凡明, 崔艳华, 汪小琳, 伟 苏 申请人:中国工程物理研究院电子工程研究所